JDK源码分析（2）之Array相关

一、Array 是一个是对象吗？

首先可以肯定的是，数组是一个对象；但是在推导的过程中还是有些难以理解的问题，比如对于任意一个引用对象A,

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• 数组是协变的，所以Object[]是A[]的父类，即Object[] o = A[];

• 数组是一个对象，所以数组的父类是Object，即Object oo = o;

• 那么A[]、Object[]和Object是什么关系呢？

是这样吗？

我们可以通过反射来观察一下：

private static void test05() {
  Object[] o = new String[2];
  System.out.println(o.getClass().getName());
  System.out.println(o.getClass().getSuperclass().getName());
  String[] s = (String[]) o;
  System.out.println(s.getClass().getSuperclass().getName());
  Object oo = s; 
}

打印：
[Ljava.lang.String;
java.lang.Object
java.lang.Object

可以看见A[]和Object[]的直接父类都是Object，所以他们之间的关系也一定不是上图中的多继承关系，那么数组协变产生的关系一定不同于extends关键字产生的关系；

extends关键字产生的继承关系是怎么定义呢？
这里我们可以从《Virtual Machine Specifications》中找到答案：

// ClassFile 结构ClassFile {
  u4                magic;
  u2                minor_version；
  u2                major_version;
  u2                constant_pool_count；
  cp_info           constant_pool[constant_pool_count-1];
  u2                access_flags;
  u2                this_class;
  u2                super_class;
  u2                interfaces_count;
  u2                interfaces[interfaces_count];
  u2                fields_count;
  field_info        fields[fields_count]；
  u2                methods_count;
  method_info       methods[methods_count];
  u2                attribute_count;
  attributes_info;  attributes[attributes_count]； 
}

可以看到extends关键字产生的继承关系是记录在class文件中的super_class里面的。我这里还没有在 JDK 源码里面找到数组协变关系的产生，但是可以猜想这个应该是后来加的类似语法关系的结构。这里先留着以后看源码的时候确认吧。

二、Array 的 length 域相关

在准备看Array源码的时候，我直接就点开了java.lang.reflect.Array，后来才知道这根本不是Array的源码，看包名就知道，这是使用反射操作数组的一些方法。Array的class是在运行过程中动态生成的。
那么在Array的class中到底包含了什么呢？在很多的资料中都写了，Array中有类似public final int length的成员变量。但是在《Java Language Specifications》10.1. Array Types中明确写了，length不是类型的一部分；

• An array's length is not part of its type.

private static void test06() {
  String[] s = new String[2];
  System.out.println(s.length);
  System.out.println(s.getClass().getDeclaredFields().length);  try {
  System.out.println(s.getClass().getDeclaredField("length"));
  } catch (NoSuchFieldException e) {
  System.out.println(e.toString());
  } 
}

打印：20java.lang.NoSuchFieldException: length

可以看到length并不是Array的成员变量，那么length是从哪里来的呢？
同样我们可以从ClassFile结构中找打答案；

可以看到Array的length信息是记录在对象头中的，而读取length信息的时候，是使用的arraylength字节码指令来读取的。

三、Array 的创建流程

// 数组创建的几种形式String[] s = {"a", "b", "c"};  // 初始化器String[] s1 = new String[3];   // 有维度表达式String[] s2 = (String[]) Array.newInstance(String.class, 3); // 有维度表达式

数组创建流程

是否有维度表达式：
  无：
    创建的时候每个元素递归深入初始化，失败则退出
    变量类型检查 -> 与数组类型不兼容 -> 编译错误
    不是可具化类型(如：null) -> 编译错误 
    空间不足 -> OutOfMemoryError
  有：
    创建的时候，从左向右地计算，任意维度表达式计算失败则退出
    检查所有维度值，有小于0 -> NegativeArraySizeException 
    分配空间，若空间不足 -> OutOfMemoryError
    只有一个维度表达式，创建一维数组，每个元素初始化化为初始值
    有n个维度表达式，执行深度为n-1的循环

四、协变数组

1. 逆变与协变

逆变与协变用来描述类型转换（type transformation）后的继承关系
如果A、B表示类型，f(⋅)表示类型转换，≤表示继承关系（比如，A≤B表示A是由B派生出来的子类）

• f(⋅)是逆变的，当A≤B时有f(B)≤f(A)成立；

• f(⋅)是协变的，当A≤B时有f(A)≤f(B)成立；

• f(⋅)是不变的，当A≤B时上述两个式子均不成立，即f(A)与f(B)相互之间没有继承关系。

正因为数组是协变的，所以Object[] o = new A[];

2. 为什么要设计为协变数组

有种看法认为这是在泛型产生之前的妥协产物，比如在 JDK5 之前还没有泛型，但是很多地方需要用泛型来解决，比如：

// java.util.Arrayspublic static boolean equals(Object[] a, Object[] a2) {  if (a==a2)    return true;    
  if (a==null || a2==null)    return false;    
  int length = a.length;  if (a2.length != length)    return false;    
  for (int i=0; i
最后调用的是Object.equals()方法，但是不想全部都重写equals，这里最简单的就是让数组实现协变的特性；
3. 为什么不能使用泛型数组
这里简单的讲是因为泛型是不变的，而数组是协变的，所以不能使用泛型数组；
// 如果泛型也是协变的private static void test07() {
  List